Ученые Texas A&M AgriLife обнаружили новую связь между кальцием, производством энергии сердца и кардиолипином, типом жира. Открытие помогает объяснить пороки сердца при редком генетическом заболевании – синдроме Барта.
Исследование, опубликованное 29 июня в Proceedings of the National Academy of Sciences, возглавлял Вишал М. Гохил, Ph.D., Отделение биохимии и биофизики Техасского колледжа сельского хозяйства и наук о жизни A&M.
Другие соавторы были из Центра медицинских наук Техасского университета в Сан-Антонио и Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне. Финансирование исследования поступило от Фонда Уэлча и Национальных институтов здравоохранения.
СЕРДЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ ПРИ СИНДРОМЕ БАРТА
Синдром Барта – редкое генетическое заболевание, встречающееся почти исключительно у мальчиков.
Пострадавшие дети с раннего детства страдают сердечной и мышечной слабостью. При этом изнурительном заболевании пациенты не могут выполнять рутинные действия, такие как ходьба и бег.
Часто их сердца слабые и увеличенные.
Люди с синдромом Барта имеют генетический дефект, который мешает их организму вырабатывать кардиолипин.
Как следует из названия, кардиолипин в больших количествах присутствует в сердечной мышце. Кардиолипин относится к классу молекул, называемых липидами.
В мышечных клетках кардиолипин содержится в митохондриях, которые известны как «электростанция» клетки, потому что они производят биологическую энергию из пищи, которую мы едим.
Кардиолипин и другие липиды образуют мембранную «кожу» митохондрий, но кардиолипин, по-видимому, является особенно важным компонентом. Нехватка кардиолипина подрывает способность митохондрий вырабатывать энергию в форме аденозинтрифосфата, АТФ.
СВЯЗЬ МЕЖДУ КАРДИОЛИПИНОМ, ЭНЕРГИЕЙ И КАЛЬЦИЕМ
Когда клеткам нужен прилив энергии, они используют кальций в качестве сигнала, побуждающего митохондрии увеличивать выработку энергии. Ионы кальция попадают в митохондрии через специальный канал в митохондриальной мембране. Поскольку кальциевый канал присутствует в той же мембране, что и кардиолипин и другие липиды, Гохил и его команда задались вопросом, какое влияние липиды оказывают на канал.
«Мы знали, что этот канал находится в митохондриальной мембране, поэтому мы спросили, могут ли липиды в мембране влиять на работу этого канала?"сказал Гохил.
ХЛЕБНЫЕ ДРОЖЖИ ПОМОГАЮТ ИССЛЕДОВАТЬ ПРОИЗВОДСТВО ЭНЕРГИИ ПРИ СИНДРОМЕ БАРТА
Лаборатория Гохила ранее придумала способ сделать митохондрии дрожжей дефицитными по различным липидам, включая кардиолипин.
Митохондрии дрожжей во многом напоминают митохондрии человека, но у них отсутствует кальциевый канал.
Санника Гош, ведущий автор исследования и аспирант лаборатории Гохила, изучила генетически модифицированные митохондрии пекарских дрожжей с включением кальциевого канала человека. Затем она изучила, что происходит с транспортом кальция при изменении липидного состава мембраны.
«Мы обнаружили, что кальциевый канал нестабилен в митохондриальной мембране с низким содержанием кардиолипина, как у пациентов с синдромом Барта», – сказал Гохил.
ПОДТВЕРЖДЕНИЕ В ОБРАЗЦАХ ПАЦИЕНТА
Затем команда взяла образцы клеток и сердечной ткани у пациентов с синдромом Барта.
Команда подтвердила, что то, что они видели в своих экспериментах с дрожжами, также происходит в образцах пациентов. Поскольку митохондриальные кальциевые каналы были нестабильными, митохондрии пациентов с синдромом Барта были гораздо менее проницаемы для кальция, чем митохондрии здоровых клеток.
Таким образом, когда клеткам пациента требуется прилив энергии, отправка кальциевого сигнала в митохондрии может не увеличить выработку энергии, как это было бы в здоровой клетке.
«Исходя из фундаментального научного вопроса, наша работа привела к открытию, связанному со здоровьем человека», – сказал Гохил. "При этом генетическом заболевании нарушение усвоения кальция, в свою очередь, может повлиять на выработку энергии. То, что мы наблюдали в дрожжах, было справедливо и для клеток человека."
ЧТО ДАЛЬШЕ?
Лаборатория Гохила недавно получила финансирование от Фонда синдрома Барта для дальнейшего изучения этих результатов. Команда будет использовать клетки пациентов с синдромом Барта, чтобы описать, насколько передача сигналов кальция способствует симптомам болезни.